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热真空环境下碱激发模拟月壤物相分布特征与固化反应机理研究 被引量:1
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作者 姚羿舟 刘超 +1 位作者 刘化威 张韦 《土木工程学报》 北大核心 2025年第5期105-118,共14页
理解碱激发月壤的物相分布特征与固化反应机理是实现其作为月壤基建筑材料应用于月基建造的关键核心问题。本文制备了氢氧化钠基和硅酸钠基碱激发模拟月壤(AALRS, Alkali-activated lunar regolith simulant)净浆并在热真空环境下原位... 理解碱激发月壤的物相分布特征与固化反应机理是实现其作为月壤基建筑材料应用于月基建造的关键核心问题。本文制备了氢氧化钠基和硅酸钠基碱激发模拟月壤(AALRS, Alkali-activated lunar regolith simulant)净浆并在热真空环境下原位养护。通过扫描电镜(SEM)技术,结合降噪和聚类算法,开展背散射电子(BSE)和能量色散X射线光谱(EDS)图像分析以表征物相分布特征。并采用傅里叶红外光谱(FTIR)分析和压汞法(MIP)进一步表征微观结构演化。结果表明:硅酸钠基AALRS相比氢氧化钠基AALRS有更高的抗压强度,其7d抗压强度增加了20.88MPa。相比氢氧化钠基AALRS,硅酸钠基AALRS的孔隙率更低,但孔隙直径更大,大孔数量更多。孔隙甄别尺度达到亚毫米级。开发智能高效的EDS图像定量化分析方法,实现以专业知识驱动向以数据结构驱动的分析路径转变,进而提高物相识别、划分和定量分析的准确性。硅酸盐低聚物的引入显著增加了硅酸钠基AALRS产物相的占比,并影响了凝胶产物的元素组成、化学结构和微观形貌。基于物相分布特征、微观结构演化和力学强度发展的角度,揭示了AALRS固化反应机理。研究成果为碱激发月壤基材料微观结构调控与月基工程结构设计提供重要科学支撑。 展开更多
关键词 碱激发月壤 月球环境 力学性能 微观结构 物相分布 反应机理
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3D打印再生砂浆早期流变性能及结构经时演化研究 被引量:1
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作者 刘超 蒙毅升 +1 位作者 武怡文 刘化威 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期118-125,共8页
为深入探究再生砂浆在3D打印技术中的适用性,对不同取代率的再生砂浆开展研究,分析了再生砂浆的流/触变性在早期阶段的发展过程,采用数字图像技术对静载作用下3D打印试件的变形进行收集分析。结果表明:随着水化反应的进行,再生砂浆呈现... 为深入探究再生砂浆在3D打印技术中的适用性,对不同取代率的再生砂浆开展研究,分析了再生砂浆的流/触变性在早期阶段的发展过程,采用数字图像技术对静载作用下3D打印试件的变形进行收集分析。结果表明:随着水化反应的进行,再生砂浆呈现较快的静态屈服应力和触变环面积的增长趋势,其20 min静态屈服应力为天然砂浆的1.47倍,表现出更好的可建造性。在荷载作用下再生砂浆打印试件的竖向突变高度损失和徐变位移明显较小,约为天然砂浆打印试件的1/2。根据再生砂表观特点揭示了水化过程中再生砂浆流/触变性的演化机理,从材料性能和3D打印试件结构空隙方面对3D打印试件在静载作用下的变形进行分析,为再生砂浆在3D打印中的使用提供理论支撑。 展开更多
关键词 3D打印 再生砂浆 早期性能 流变性 强度演化
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基于孔结构缺陷的3D打印粗骨料混凝土力学性能试验研究 被引量:13
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作者 刘化威 刘超 +1 位作者 白国良 武怡文 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第12期54-64,共11页
文章基于目前3D打印混凝土结构缺少粗骨料的应用现状,针对高粗骨料掺量的3D打印混凝土开展破坏机理研究,重点围绕区别于以往浇筑建造模式下的3D打印粗骨料混凝土(3DPCAC)内部特有孔隙缺陷特征,对其力学性能的影响进行分析。研究结果表明... 文章基于目前3D打印混凝土结构缺少粗骨料的应用现状,针对高粗骨料掺量的3D打印混凝土开展破坏机理研究,重点围绕区别于以往浇筑建造模式下的3D打印粗骨料混凝土(3DPCAC)内部特有孔隙缺陷特征,对其力学性能的影响进行分析。研究结果表明:3DPCAC抗压和抗弯强度表现出显著的各向异性力学性能差异;粗骨料的掺入改变了以往3D打印混凝土层间黏结界面的开裂形式,黏结强度提高1.14倍;内部缺陷的几何形状特征与孔隙率分布发生显著的变化。基于孔隙结构缺陷及其分布特征,提出“多重分区-界面模型”,揭示孔隙缺陷对3DPCAC力学性能的影响机理。研究成果为3D打印混凝土结构设计与应用提供重要的理论支撑。 展开更多
关键词 3D打印混凝土 粗骨料 孔隙缺陷
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基于粗骨料多孔界面的再生混凝土内部相对湿度响应机理试验研究 被引量:8
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作者 刘超 刘化威 +1 位作者 朱超 白国良 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第11期37-44,共8页
再生混凝土内部湿度场的变化会对结构的耐久性造成影响。文章基于再生粗骨料界面的多孔特性,对比研究100%取代率下再生混凝土和普通混凝土在不同温度、距离表层不同深度及有、无荷载作用下的内部相对湿度的响应规律及响应机理。结果表明... 再生混凝土内部湿度场的变化会对结构的耐久性造成影响。文章基于再生粗骨料界面的多孔特性,对比研究100%取代率下再生混凝土和普通混凝土在不同温度、距离表层不同深度及有、无荷载作用下的内部相对湿度的响应规律及响应机理。结果表明:再生混凝土内部的相对湿度响应速率快于普通混凝土,距离再生混凝土表层越近,相对湿度响应速率越快,且随着温度的增加而增加;弯曲荷载作用对再生混凝土和普通混凝土的相对湿度响应速率均具有促进作用,且对再生混凝土的影响更为显著;对于再生混凝土内部相对湿度滞后上升现象,提出"再生粗骨料分区-界面热湿传递模型",分析相对湿度滞后上升的机理;采用多元非线性曲线分段拟合的方法,建立再生混凝土内外环境相对湿度响应计算模型。 展开更多
关键词 再生混凝土 再生粗骨料多孔界面 相对湿度响应机理
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再生砖骨料混凝土力学性能及破坏机理研究 被引量:23
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作者 刘超 余伟航 +2 位作者 刘化威 胡天峰 胡慧敏 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第13期13025-13031,共7页
以8种设计配合比的再生砖骨料次轻混凝土为研究对象,以水灰比、最大骨料尺寸和粗骨料种类为试验参数,开展了混凝土干密度、立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试验研究,重点分析了骨料界面特征与再生砖骨料混凝土的破坏机理。结果表明:使用... 以8种设计配合比的再生砖骨料次轻混凝土为研究对象,以水灰比、最大骨料尺寸和粗骨料种类为试验参数,开展了混凝土干密度、立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试验研究,重点分析了骨料界面特征与再生砖骨料混凝土的破坏机理。结果表明:使用再生粘土砖骨料制备的次轻混凝土28 d抗压强度可达36 MPa,干密度不大于2200 kg/m^(3),能够减轻自重8%~16%;随着水灰比和取代率的降低,混凝土抗压和劈裂抗拉强度均呈显著增加的趋势;最大骨料尺寸对混凝土抗压和劈裂抗拉强度的影响较小;拟合所得混凝土干密度与力学性能换算公式的相关性较好;砖骨料-砂浆界面过渡区微观结构较为密实,混凝土界面性能得到增强;界面过渡区性能和砖骨料强度是影响再生砖骨料混凝土力学性能的两个关键因素,且砖骨料强度是其中最主要的因素。综合考虑,使用再生粘土砖骨料制备次轻混凝土具有良好的经济性和广阔的工程应用前景。 展开更多
关键词 建筑垃圾 再生粘土砖骨料 次轻混凝土 力学性能 破坏机理
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风积沙应用于混凝土的研究进展 被引量:13
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作者 刘超 林鑫 +1 位作者 朱超 刘化威 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期695-705,共11页
将风积沙掺入混凝土可以优化骨料级配和提高水泥浆密实度,这主要是由于风积沙具有特殊的形貌特征、化学成分和物理性质。风积沙混凝土的大范围推广不仅可以提高沙漠资源的附加值,同时也符合可持续发展的绿色建筑理念。基于此,本文对风... 将风积沙掺入混凝土可以优化骨料级配和提高水泥浆密实度,这主要是由于风积沙具有特殊的形貌特征、化学成分和物理性质。风积沙混凝土的大范围推广不仅可以提高沙漠资源的附加值,同时也符合可持续发展的绿色建筑理念。基于此,本文对风积沙的物化特征及其对混凝土各项性能的影响等不同方面的研究进展进行介绍,同时总结了蒸压养护、添加掺合料和纤维材料三种改善风积沙混凝土性能的措施。最后对风积沙混凝土目前存在的问题和今后研究的方向进行了分析整理,文章旨在为风积沙在建筑材料方面的广泛应用提供参考。 展开更多
关键词 风积沙 配合比 物化特征 力学性能 耐久性能
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基于打印参数影响的3D打印混凝土力学性能试验研究 被引量:6
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作者 刘超 王有强 +1 位作者 刘化威 张荣飞 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期80-86,共7页
本工作制备了具有良好工作性能的3D打印混凝土,研究了喷头尺寸、打印路径两类打印参数对试件抗压强度、抗弯强度、微观和细观结构的影响,重点分析了其受力开裂的破坏机理,并且基于孔隙结构参数提出了抗压强度预测模型。结果表明:随着喷... 本工作制备了具有良好工作性能的3D打印混凝土,研究了喷头尺寸、打印路径两类打印参数对试件抗压强度、抗弯强度、微观和细观结构的影响,重点分析了其受力开裂的破坏机理,并且基于孔隙结构参数提出了抗压强度预测模型。结果表明:随着喷头尺寸由20 mm增大至40 mm,3D打印混凝土的可建造性增强,打印试件的力学强度提升7.5%~31.6%,孔隙率和缺陷数量下降;正交路径B的打印试件孔隙率与平行路径A的相近,但其力学强度提升10.8%~46.7%。3D打印混凝土最薄弱界面是打印层间界面;打印试件开裂破坏时有三类破坏形态出现;建立的3D打印混凝土抗压强度预测模型可为评估不同打印参数下3D打印混凝土的抗压强度提供理论参考。 展开更多
关键词 3D打印混凝土 打印参数 力学强度 孔隙率 破坏机理
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